에틸렌 전환율 70% 수준 달성

‘이산화탄소’는 지구온난화를 일으켜 기후변화를 가져오는 주범으로 꼽히는 대표적인 물질이다. 이 때문에 대기 중 이산화탄소를 줄이고 유용한 화합물로 변환시키는 연구들이 활발히 진행되고 있다.

카이스트 화학과 송현준 교수, 기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단, 독일 베를린 기술대 화학공학과 공동연구팀은 이산화탄소를 화학산업 분야에서 기본물질로 쓰여 ‘산업의 쌀’이라고 불리는 에틸렌으로 70% 이상 변환시킬 수 있는 전기화학적 나노촉매를 개발했다고 28일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘미국 화학회지’ 최신호(4월 18일자)에 실렸다.

에틸렌은 원유를 정제해 나프타를 분리시킨 다음 나프타를 다시 정제해 얻는 물질로 다양한 석유화합물로 가공될 수 있기 때문에 ‘산업의 쌀’이라고 불린다. 연구팀은 태양광이나 풍력으로 만들어지는 신재생 전기에너지를 활용해 이산화탄소 변환기술을 개발했다. 온실가스인 이산화탄소를 신재생 전기에너지를 이용해 산업에 유용한 물질로 전환시키기 때문에 에너지와 환경 문제를 함께 해결할 수 있다는 장점이 있다.

기존에도 이 같은 시도들은 있었지만 이산화탄소 변환을 위한 촉매의 효율이 떨어지고 중간에 혼합 생성물들이 만들어져 이들을 따로 분리시켜야 하는 공정이 필요하다는 단점이 있었다.연구팀은 구리(Ⅰ)산화물 육면체 나노입자를 합성한 다음 산화시켜 가지 형태의 구리(Ⅱ)산화물 나노입자로 만들었다. 이를 탄소 지지체 표면에 담아 구리산화물-탄소 전극물질로 만들었다. 이를 중성 탄산수 수용액 전해질에서 반응시킨 결과 이산화탄소를 70% 이상 에틸렌으로 전환시키는데 성공했다. 또 연구팀은 부산물이 만들어지는 것을 억제하기 위해 구리산화물이 전기에너지에 의해 환원될 때 작은 결정 크기를 갖도록 유도했다. 그 결과 현재까지 개발된 나노입자 촉매 중에서는 가장 높은 안정성과 효율성을 보였다.

카이스트 화학과 송현준 교수는 “이번 연구는 나노수준의 촉매디자인이 고효율 에너지 제조 촉매 개발에 필수적이라는 사실을 보여준 것”이라며 “이번 기술을 발전시키면 다양한 에너지 제조와 저장 반응에도 이용할 수 있을 것으로 본다”고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr